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11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉的设计与应用 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 16-01-10

    摘要:介绍了一种利用生物质颗粒作为燃料的专用炊事取暖炉具-11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉的整体结构及工作原理,说明了其在设计上的优点,阐述了主要部件的设计,分析了应用该机产生的经济效益。
    关键词:生物质颗粒燃料;专用炊事取暖炉;设计;使用
1、研究背景
    在我国,农作物秸秆年产约7亿t,除部分作为造纸原料和饲料、肥料之外,大约有3亿t可作为燃料使用,折合1.5亿t标准煤;林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿t,约有3亿t可作为能源利用,折合2亿t标准煤。党和政府对生物质能开发利用的高度重视,给户用生物质炉具的发展带来了机遇。我国户用生物质炉具是个朝阳产业,尤其是户用高效低排放生物质炉具,在温室气体减排、改善室内空气质量和社会主义新农村建没中将发挥重要作用。
2、研究成果
    山西省长治市农机研究所积极响应国家关于“秸秆综合利用”政策,根据市场需求,研制开发了生物质颗粒燃料炊事取暖(智能)两用炉-11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉。经过大量的调查研究、反复试制试验,样机于2010年3月试制成功。从近S年的使用来看,该炉具基本达到没计要求。富通新能源生产的木屑颗粒机秸秆颗粒机压制的生物质颗粒燃料如下所示:
秸秆颗粒机压制的小麦秸秆颗粒燃料
    11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉是以生物质颗粒燃料为能源,采用先进的自动化控制技术和生物质燃料燃烧技术,通过遥控器或触摸面板实现自动点火、自动供料、自动温控。该炉具是居家炊事做饭、取暖的理想的智能化没备。
3、研究的主要内容
3.1设计要求
    为了达到户用高效低排放生物质炉具的使用性能,对炊事取暖两用炉没计要求如下:①环保、卫生无污染、无废水、无焦油,利于健康;②采用先进的生物质颗粒燃烧方式,多层给氧,充分燃烧,达到节能减排的目的;③设计多炉膛,合理利用余热,提高热效率,可同时做饭炒菜、煲汤、烧水、淋浴、取暖、烘烤等;④火力可调,有电源过载保护,有启停按钮及显示;⑤性能稳定、操作简便、安全可靠、造价低廉;⑥使用生物质颗粒燃料,备有燃料箱,具有自动上料、自动点火、自动温控等功能,智能化程度高,实现傻瓜式操作。
3.2结构组成
    11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉主要由螺旋上料器、机架、燃烧室风机、排烟引风机、电控柜、燃烧室、灰室、燃烧风道、二次风道、主火灶、烤箱、炉具水套等组成。整机结构见图l。
3.3主要技术参数
    外形尺寸  1200 mm  500 mm   700 mm
    整机质量250 kg
    取暖额定功率15 kW
    参考取暖面积130m2
3.4工艺路线
    使用户用生物质炊事取暖炉时,把生物质颗粒燃料直接放入炉中点燃。该炉型是在直燃和气化燃烧共同作用的基础上开发的,即在燃烧过程中既有明火燃烧,又有气化成分,没有焦油析出,最显著的特点是燃烧充分,不冒黑烟,热效率较高,烟气污染排放较低,有利于改善室内空气质量和农民的身体健康。
4、主要部件设计
    炉具的研发目前要求具有高效低碳低排放的性能。
    生物质燃料在炉膛里燃烧,并进行合理配风,伴有气化成分。该炉具二次风作用非常明显,一是补氧,二是进一步加强烟气的扰动,使燃烧更加充分。
    高效低排放户用生物质炉具指标:炊事炉、炊事采暖炉、采暖炉的热效率分别大于35%、60%、65%,烟尘排放浓度小于50 mg/m;3,二氧化硫排放浓度小于30mg/m3,NOx排放浓度小于150 mg/m3,一氧化碳排放浓度小于0.2%。
4.1燃烧室的设计
    要解决燃烧、传热与炊具配套的问题,首先要解决好炉子燃烧问题。好的炉子燃烧效率要求达到70%以上。燃料燃烧得越充分,污染物排放就越低。应从燃烧方式、炉膛材质的选择、进风量的合理匹配等方面进行优化。为此,研究人员优化没计了炉膛内芯,利用碳化硅做为炉芯材料,达到了节能的效果。炉膛内壁设计有切线式花纹,可以实现多层供氧。炉芯具有优异的导热性、高热震稳定性、高温强度大、抗氧化性能高、很好的耐磨性能等特点。采用该炉芯后,实现了“沸腾+涡流式气化直燃”的燃烧方式,底风可以从底部开始供氧,炉底可以以沸腾的方式燃烧,并且氧气还顺着切线花纹涡流配风,实现了多层给氧,燃烧更充分,达到节能减排的目的。
    另外,在炉膛上方还没计了一个环形挡火板,避免火焰过早地从出烟口排出,保存热量。
    通过料箱可自动向炉膛内均匀投放燃料,火焰在炉膛上方收拢汇聚后,在炉口位置增没二次风道,与二次配风充分的混合,使燃烧更加彻底充分,提高出火口的温度,气化直燃不产生焦油、废水等各种废弃物排放,不会对环境造成二次污染,还可以降低有害气体的排放,节能环保;采用高温直接燃烧技术,焦油等以气态的形式直接燃烧,解决了生物质气化焦油含量高的技术难题,避免了焦油带来的二次污染。
4.2多回程、多炉膛设计
    多回程、多炉膛没计,增加受热面,合理利用余热,提高热效率,除炊事功能外,还可以取暖,有烤箱,有余火利用灶。为了合理布置和充分利用炊具的受热面,降低排烟温度,延长可燃气在炉膛上部与锅接触的时间,研究人员从2个方面进行了没计:一是没计了引风机,通过微负压来引导火焰方向,最大限度地加大锅底的受热面;二是没计了炉具取暖水套、烤箱,充分利用余热,解决了炊事采暖同步进行的问题。
4.3自动智能化控制系统
    为了操作方便,实现自动点火、自动上料,没计了遥控、触摸两用的控制面板,将单片机技术、弱电控制技术与两用炉炊事、取暖功能很好地结合在一起,可以让使用者从手工填料又脏又累的劳动中解脱出来,达到省时、省力、干净、卫生的效果。通过控制面板还可以控制火力的大小。控制系统由单片机、遥控器、红外接收器、触摸显示屏、上料器、燃烧风机、引风机、电子点火器等组成。工作过程是:①联接220 V市电,将炉具总电源开关按下,此时电源指示灯亮,说明电源已经接通。按下控制面板点火开关( ONIOFF),控制面板上的ON/OFF指示灯闪亮,手动指示灯亮。之后清灰10s,在10 s后让风机停止转动,开始自动下料,l挡指示灯亮,手动上料灯亮,并持续下料2 min。②2mm后,手动上料灯灭,停止下料。此时电加热棒接通电源,通过负压热空气的持续加热,4 min后将点火孔附近的颗粒燃料点燃。③5 min后下料电机会在1挡位置间歇下料,l挡指示灯会闪亮。火力大小可通过调节上料器的高、中、低3个挡位(对应显示灯的颜色分别为绿、黄、红)实现大小火力的控制。④关机时只需按下开关键( ONIOFF)即可,此时所有指示灯全部熄灭,但燃烧排烟风机与燃烧风机会继续工作,直到将燃烧室内的燃料全部烧尽并将余热散尽,保护电气电路不会被损坏,关机时间大约10 min。
    自动点火是通过数字化控制燃烧室底部电加热棒的启动与关闭,实现一键点火,点火时间短(6min以内),再通过控制上料器与风机的关闭实现一键封火,傻瓜式操作,方便快捷。
    自动加料是由微电脑数字变频控制螺旋加料器的启动与关闭,实现了数字化控制加料量,通过人工预先没置,实现大小火力可调,只需一次性将储料仓加满,可以1~3天不需要加燃料,最大程度地减少了劳动强度,使炉灶使用更具人性化、智能化。
    自动清灰是根据生物质燃料灰分小的特点,通过给炉膛底部配风的风量实现清灰,配底风即可助燃,又可清灰。风力除灰,操作简单,智能化程度高,工作量小。
4.4安全阀的设计
    安全阀是炉灶没备中重要的附件之一,它能自动地将炉灶工作压力控制在预定的允许范围之内。我国户用燃烧炉大部分都分布在城郊及广大农村,在夜间取暖时间较长,在高寒时期可能出现严重的冻炉现象,使进出水管全部被冻死,一经点炉就可能出现炉内增压现象发生,从而发生意外事故。为防止事故发生,在炉顶部安装安全阀,起到安全作用。该燃烧炉中没置的安全阀可在点炉后第一时间排出炉芯压力,是目前市场上最安全的户用燃炉之一。当炉内压力过高时,阀门自动打开,确保炉体安全。两用炉的炉内压力不大于2.5 MPa,采用弹簧式安全阀。
5、经济效益与社会效益
    高效低排放户用生物质炉具适用范围广泛,适用于家庭、酒店、餐厅等场所,可同时炒菜、做饭、洗浴、取暖,还可用于大棚蔬菜升温等。
    经过热值换算,1.4 t秸秆燃料相当于1t煤的热能。以四口之家为例,每天3顿饭约需秸秆燃料3~5 kg,每年约需1080~1800 kg。
    取暖每天约需再增加10~15kg,以4个月取暖期计算,约需1200~ 1800 kg。每户全年约需秸秆燃料2.28~3.6 t,按360元,t计算,合820~1296元。
    单户若使用原煤做燃料,全年约需4.5 t,单价以700元/t计算,煤费为3 150元。单户若用电炊事(3 kWh/天)、取暖(20 kWh/天),以4个月取暖期计算,全年约需3 480 kWh,单价以0.5元/kWh计算,电费为1740元。
    由此可见,与用原煤相比,用秸秆颗粒可节约成本1854~2 330元。与用电相比,用秸秆颗粒可节约成本444~ 920元。
6、总结
    11SKCQ型生物质颗粒燃料炊事取暖炉的开发和利用,为秸秆转化提供了有效途径。生物质能源的综合利用,可减轻直接燃烧作物秸秆造成的环境污染,具有显著的经济效益和环保效益。同时,有利于增加农民收入,改善和美化农村环境。
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